CN110808266A - 具有透明电极的显示基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有透明电极的显示基板及其制备方法，包括透明基板，所述透明基板设置有图案化的孔道；透明电极，包括MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料，所述透明电极填充于所述图案化的孔道内。本发明通过采用MXene材料制备具有透明电极的显示基板，由于MXene材料具有特殊的二维片层结构，极强的机械加工性能，极高的导电率和极快的电子传输速率等诸多优异的特性，从而本发明中的透明电极也具备了高透过率，高导电率，机械加工性能强，基底亲和力强，延展性强等优点。

Description

具有透明电极的显示基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种具有透明电极的显示基板及其制备方法。
背景技术
透明电极，因其在太阳能电池、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，触摸屏，传感器等，成为目前研究热点之一。透明电极的发展从最初的针对其导电性能、传输性能的提升，至如今柔性透明电极的开发，需求及产出日益增长。目前，金属电极(如银)及碳电极是较为常用的电极。
但随着有机电致发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)、可拉伸太阳能电池、可拉伸显示器、可拉伸天线、智能服装、皮肤传感器及人造肌肉的日益普及，作为其重要组成部分的透明电极不仅需要高度柔性而且需要良好的拉伸性能。不同的柔性电子器件需要的拉伸强度不同，有必要制作拉伸范围可调的透明电极。为了提高可拉伸光电器件的光电效率，电极需要同时满足高的导电性与透光率。另外，电极的导电层对基底的附着性要好。然而同时具备这些性能的柔性透明电极并不存在。
发明内容
本发明提供一种具有透明电极的显示基板及其制备方法，本发明中的透明电极具备了高透过率，高导电率，机械加工性能强，基底亲和力强，延展性强等优点。
为解决上述问题，第一方面，本申请提供一种具有透明电极的显示基板，包括：
透明基板，所述透明基板设置有图案化的孔道；
透明电极，包括MXene(二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料，所述透明电极填充于所述图案化的孔道内。
根据本发明一些实施例，所述透明基板为柔性玻璃基板、可熔性聚四氟乙烯基板或柔性聚酰亚胺基板。
根据本发明一些实施例，所述MXene材料为二维二碳化三钛或者二维碳化钛。
第二方面，本申请还提供一种具有透明电极的显示基板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供刻蚀液，加入MAX(三元碳化物或氮化物，新型可加工陶瓷材料)材料至所述刻蚀液中，得到含有多层MXene材料的第一悬浊液；
步骤2、将二甲基亚砜加入所述第一悬浊液中，得到单层MXene材料；
步骤3、将所述单层MXene材料加入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到第二悬浊液；
步骤4、在透明基板的图案化的孔道内加入所述第二悬浊液，加热固化，形成透明电极。
根据本发明一些实施例，所述步骤1中还包括加入MAX材料至所述刻蚀液中进行搅拌，然后对所述蚀刻后的MAX材料进行洗涤，所述刻蚀液为氢氟酸水溶液。
根据本发明一些实施例，所述刻蚀液的搅拌温度为20～80℃，搅拌时间为6～20h。
根据本发明一些实施例，所述洗涤是用去除氧的去离子水将所述蚀刻后的MAX材料洗涤至pH值为6～7。
根据本发明一些实施例，所述步骤2中还包括对所述多层MXene材料进行单层剥离和洗涤。
根据本发明一些实施例，所述单层MXene材料的厚度为2nm。
根据本发明一些实施例，所述步骤4中所述孔道是通过利用光刻或者模板剂占位的方式制得。
有益效果：本发明通过采用MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料制备具有透明电极的显示基板，由于MXene材料具有特殊的二维片层结构，极强的机械加工性能，极高的导电率和极快的电子传输速率等诸多优异的特性，从而本发明中的透明电极也具备了高透过率，高导电率，机械加工性能强，基底亲和力强，延展性强等优点，可支持高频显示，如240HZ等高规格显示器件的设计需求；满足透明柔性OLED器件、柔性穿戴、触摸屏、折叠触摸屏、电子纸等显示装置的设计需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中显示基板的一个实施例结构示意图；
图2为本发明实施例中制备方法的一个实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
近年来，许多二维材料被挖掘出杰出的光学、电学性能，包括石墨烯、磷烯、氮化碳(C3N4)等。新开发的二维材料在紫外光和可见光区间具有高的穿透率(>85％)，在0.01～1kΩsq-1内具有低薄层电阻。该材料在超级电容器、锂离子及其他类型电池、燃料电池、传感器等方面得到应用。然而，将MXene材料在柔性透明显示器件中的应用，研究尚少。
基于此，本发明实施例提供一种具有透明电极的显示基板及其制备方法。
以下分别进行详细说明。
首先，本发明实施例提供一种具有透明电极的显示基板，所述显示基板包括：透明基板，所述透明基板设置有图案化的孔道；透明电极，包括MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料，所述透明电极填充于所述图案化的孔道内。
如图1所示，图1为本发明实施例中显示基板的一个实施例结构示意图，所述显示基板包括：透明基板101，所述透明基板设置有图案化的孔道；透明电极102，包括MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的复合材料，所述透明电极102填充于所述图案化的孔道内。
本发明实施例通过采用MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料制备具有透明电极的显示基板，由于MXene材料具有特殊的二维片层结构，极强的机械加工性能，极高的导电率和极快的电子传输速率等诸多优异的特性，从而本实施例中的透明电极也具备了高透过率，高导电率，机械加工性能强，基底亲和力强，延展性强等优点，可支持高频显示，如240HZ等高规格显示器件的设计需求；满足透明柔性OLED器件、柔性穿戴、触摸屏、折叠触摸屏、电子纸等显示装置的设计需求。
一般来说，所述透明电极102具有规则的图形，所述规则的图形与所述孔道的图案部分或完全吻合。
由于所述具有透明电极的显示基板常用于透明柔性OLED器件，因此，所述透明基板101需要有良好的透过率和柔韧性，优选的，本发明实施例中所述透明基板101为柔性玻璃基板、可熔性聚四氟乙烯(Perfluoroalkoxy，PFA)基板或柔性聚酰亚胺(Polyimide，PI)基板。
本发明实施例中，MXene材料机械加工性能强，有助于柔性触摸屏、有机发光二极管的应用。Mxene材料是材料科学中一系列最新发明的一类二维无机化合物，理论与实验结果皆证明了Mxene材料具有较高的金属导电率，较好的亲水性，以及较强的机械性能。
需要说明的是，MXene材料为二维过渡金属碳化物材料、氮化物或碳氮化物，优选的，MXene材料为二维过渡金属碳化物材料时，具有较高的金属导电率，较好的亲水性，以及较强的机械性能，更优选的为Ti3C2(二碳化三钛)或Ti2C(碳化钛)。
可以理解的是，本发明实施例所述的具有透明电极的显示基板，仅描述和图示了部分结构(即透明基板101和透明电极102的部分结构)，除了上述结构之外，本发明实施例中描述的具有透明电极的显示基板，还可以根据需要包括任何其他的必要结构，具体此处不做限定。例如，本发明实施例中，所述具有透明电极的显示基板还可以包括绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖于所述透明基板101和所述透明电极102的部分或全部表面。
本发明实施例中还提供一种具有透明电极的显示基板的制备方法，如图2所示，图2为本发明实施例中制备方法的一个实施例流程示意图，包括如下步骤：
步骤1(即图示中S1)、提供刻蚀液，加入MAX材料至所述刻蚀液中，得到含有多层MXene材料的第一悬浊液；
步骤2(即图示中S2)、将二甲基亚砜加入所述第一悬浊液中，得到单层MXene材料；
步骤3(即图示中S3)、将所述单层MXene材料加入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到第二悬浊液；
步骤4(即图示中S4)、在透明基板的图案化的孔道内加入所述第二悬浊液，加热固化，形成透明电极。
在本发明的优选实施例中，具体的，所述步骤1中还包括提供刻蚀液，加入MAX材料至所述刻蚀液中，控制温度在20～80℃范围内，进行搅拌6～20h，用去除氧的去离子水对所述MAX材料进行洗涤，直至PH值为6～7，得到含有多层MXene材料的第一悬浊液。
进一步的，所述MAX材料是一种备受关注的新型可加工陶瓷材料，由于兼具了金属材料和陶瓷材料各自的一些优良性能，也被称为金属陶瓷材料，这类材料包括五十几种三元碳化物或氮化物，可以用Mn+1AXn的概念来表示，M为过渡族金属元素，A为主族元素，X为碳元素或者氮元素，优选为钛碳化硅(Ti3SiC2)、钛碳化铝(Ti3AlC2和Ti2AlC)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化钛(TiCN)和碳氮化铝钛(TiAlCN)中的一种或几种的组合，此时MAX材料是紧密堆叠的层状结构；所述刻蚀液为氢氟酸(HF)的水溶液，氟化氢铵(NH4HF2)的水溶液，或者是氢氟酸与盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、氟盐(NaF)中的一种或几种形成的混合溶液，例如，在HF水溶液中于室温腐蚀Ti3AlC2，可以选择性地清除A原子(Al)，而碳化物层的表面产生了末端O、OH和(或)F原子。蚀刻完成后，所述多层MXene材料为类似手风琴状的二维层状结构；所述搅拌时间优选为8h。
在本发明的优选实施例中，具体的，所述步骤2中还包括将二甲基亚砜((CH3)2SO，DMSO)加入所述第一悬浊液中，对所述多层MXene材料进行单层剥离，利用去离子水对所述多层MXene材料进行洗涤得到单层MXene材料。
进一步的，将所述DMSO加入所述第一悬浊液中，所述DMSO对多层MXene相材料进行插层处理，其中，搅拌可以加速这一进程，插层完成后即可剥离出单层MXene材料，可以理解的是，除了通过剥离，还可以通过超声和离心得到所述单层MXene材料，所述单层MXene材料的厚度为2nm，制备成器件后，透过率较高。
在本发明的优选实施例中，具体的，所述步骤4中还包括利用光刻或者模板剂占位的方式在所述透明基板表面制备图案化的孔道。
进一步的，透明电极的图案化，可以进一步增强导电率，提升器件性能，所述透明电极具有规则的图形，所述规则的图形与所述孔道部分或完全吻合，本实施例中，所述规则的图形为矩形网格，可以理解的是，柔性电极还可以是其他任意的规则图形，所述透明电极采用的复合材料，厚度，均匀性都是可以控制的，可以根据生产实际所需的导电率等选择，所述透明电极具有优异的光电性能，有着较好的应用前景。
本发明实施例通过采用MXene材料制备具有透明电极的显示基板，可填补Mxene材料在显示器件领域的研究空白；同时，本发明实施例中具有所述透明电极的显示基板，具有高透过率，高导电率，可支持高频显示，如240HZ等高规格显示器件的设计需求；本发明实施例中具有所述透明电极的显示基板，加工性能强，基底亲和力强，延展性强的优点，满足折叠屏、柔性穿戴等新型显示器件的设计需求，还应用于太阳能电池、OLED显示、微型二极管(micro LED)显示等。
通过采用如上实施例中描述的具有透明电极的显示基板，进一步提升了显示装置的性能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
以上对本发明实施例所提供的一种具有透明电极的显示基板及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有透明电极的显示基板，其特征在于，包括：
透明基板，所述透明基板设置有图案化的孔道；
透明电极，包括MXene材料和聚乙烯吡咯烷酮的复合材料，所述透明电极填充于所述图案化的孔道内。
2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述透明基板为柔性玻璃基板、可熔性聚四氟乙烯基板或柔性聚酰亚胺基板。
3.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述MXene材料为二维二碳化三钛或者二维碳化钛。
4.一种具有透明电极的显示基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供刻蚀液，加入MAX材料至所述刻蚀液中，得到含有多层MXene材料的第一悬浊液；
步骤2、将二甲基亚砜加入所述第一悬浊液中，得到单层MXene材料；
步骤3、将所述单层MXene材料加入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到第二悬浊液；
步骤4、在透明基板的图案化的孔道内加入所述第二悬浊液，加热固化，形成透明电极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中还包括加入MAX材料至所述刻蚀液中进行搅拌，然后对所述蚀刻后的MAX材料进行洗涤，所述刻蚀液为氢氟酸水溶液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀液的搅拌温度为20～80℃，搅拌时间为6～20h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤是用去除氧的去离子水将所述蚀刻后的MAX材料洗涤至pH值为6～7。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中还包括对所述多层MXene材料进行单层剥离和洗涤。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述单层MXene材料的厚度为2nm。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述孔道是通过利用光刻或者模板剂占位的方式制得。
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